基于原子分解法的中性点不接地系统铁磁谐振检测
龚庆武 张静 雷加智 张才森 李勋
DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.170078
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导语
根据铁磁谐振信号特点，引入原子分解法作为电力系统铁磁谐振信号分析工具，以克服传统信号分析方法的缺点。原子分解法对非平稳信号具有较强的分析能力，得到的最佳匹配原子能够准确表征铁磁谐振信号，由此提出铁磁谐振检测方法，检测出系统的铁磁谐振故障及类型，并与单相永久接地故障和单相瞬时接地故障区分开，快速检测出铁磁谐振故障。
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研究（项目）背景
电力系统的工作可靠性与过电压大小密切相关，铁磁谐振过电压频繁发生在中性点不接地系统中，严重威胁着配电网的安全稳定运行。某些情况下，铁磁谐振与单相瞬时接地故障时，它们的电压信号具有类似特征。传统铁磁谐振信号分析方法采用基展开法，在表示铁磁谐振信号时具有非稀疏性，且表达信号的范围和能力有限。对铁磁谐振信号进行分析，并对电力系统铁磁谐振故障进行检测，有利于实现铁磁谐振过电压的在线监测，并防止故障误判。
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论文所解决的问题及意义
主要通过观测系统A相电压和零序电压来判别系统是否发生铁磁谐振。对铁磁谐振进行实验研究发现，系统铁磁谐振时电压不会出现很高频率的谐振，最大不超过300Hz，系统发生铁磁谐振初期包含很多相邻频率分量的谐波，一般都能在0.5~0.7s进入稳定的长久谐振或谐振后自行消失，此时零序电压至多包含三种频率分量。谐振消失过慢也判断为持续铁磁谐振，以防止长时间的过电压对系统带来危害。总结了铁磁谐振的特征，提出了铁磁谐振检测的判据，解决了铁磁谐振判别的难点，将铁磁谐振与其他类型的电力系统谐波区分开来，并将单相瞬时接地激发的铁磁谐振与系统单相瞬时接地故障、单相永久接地故障区分开。引入了一种新的铁磁谐振信号分析方法—原子分解法，实现了信号在过完备原子库中的稀疏分解，对非平稳信号具有较强的分析能力，并能够很好地滤除噪音，信号表示结果简洁而有效。
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论文方法及创新点
本文首次将原子分解法应用到铁磁谐振检测领域，针对铁磁谐振信号选取了阻尼正弦原子库，并将改进粒子群算法引入到匹配追踪算法中作为求解最佳原子的算法，设计了原子分解法分析铁磁谐振信号的流程，并提出了有效的铁磁谐振检测方法。用改进粒子群算法寻找最佳匹配原子时，首先对原子所表示的寻优变量进行编码，算法开始时随机生成一个粒子群体，然后通过解码，将群体中的随机参量映射到变量空间，根据设置的适应度函数即寻找最佳匹配原子的目标函数，计算粒子的适应度值并对其进行评价，将个体的历史最优解和群体的最优解保存下来，并以这两个指标来更新粒子种群。进行稀疏分解寻找最佳匹配原子，得到铁磁谐振信号的原子分解结果的过程，如图 1所示。基于原子分解法的铁磁谐振检测流程如图2所示。所提的判据能够很好地判断出单相永久接地故障，抓住了铁磁谐振与单相永久故障的本质区别，防止了基频铁磁谐振与单相永久接地故障的误判。
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结论
通过对三相电压和零序电压的综合分析，判别系统是否发生如下故障：单相瞬时接地、单相永久接地、基频谐振后快速消失、基频谐振、非工频谐振和非工频谐振后快速消失。并得到以下结论：
1）原子分解法用于分析铁磁谐振信号十分有效，能够很好地分析非平稳信号，得到信号每个局部特征的详细信息，既简洁又直观。
2）针对中性点不接地系统，本文提出的铁磁谐振的检测方法准确有效，仿真分析验证了方法的可靠性和实用性。
龚庆武, 张静, 雷加智, 等.基于原子分解法的中性点不接地系统铁磁谐振检测[J]. 电工技术学报, 2018 33 (5): 1114-1124.
Gong Qingwu, Zhang Jing, Lei Jiazhi, et al. Detection of ferroresonance in isolated neutral system based on atomic decomposition method[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(5): 1114-1124.
作者简介
龚庆武(1967- )，男，教授，博士生导师，大电网安全研究所所长。IEEE会员,IEEE 电力工程学会会员，湖北省电机工程学会理事。主要研究方向为电力系统运行与控制和电力系统仿真。主持和承担多项科研课题，研制的成果已在电力系统投入运行，并有多项成果通过了湖北省科技厅、湖北省教育厅等单位的鉴定，其中有些成果达到了国际领先水平。